Коррозия

КОРРОЗИЯ (от позднелат. соrrosio — разъедание * а. соrrosion; н. Korrosion; ф. соrrosion; и. соrrosion) —

1) разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с внешней (коррозионной) средой. В результате коррозии ежегодно теряется от 1 до 1,5% всего металла, накопленного и эксплуатируемого человечеством. Горное дело является одним из наиболее металлоёмких производств. Особенность эксплуатации металлического оборудования определяется спецификой коррозионных условий применения (прокладка в грунтах и горных породах трубопроводов, обустройство эксплуатационных буровых скважин, повышенное содержание коррозионно-активных веществ в шахтах и на карьерах, эксплуатация морских платформ и др.). В середине 1980-х гг. ежегодные прямые потери по причине коррозии только нефтяной промышленности США превысили 1 млрд. долларов.

Причина коррозии — термодинамическая неустойчивость системы, состоящей из металла и компонентов окружающей (коррозионной) среды. Коррозионные процессы классифицируют: по виду (геометрическому характеру) коррозионных разрушений на поверхности или в объёме металла; по механизму реакции взаимодействия металла со средой (химическая и электрохимическая коррозия); по типу коррозионной среды; по характеру дополнительных воздействий, которым подвергается металл одновременно с действием коррозионной среды. Коррозия, захватившая всю поверхность металла, называется сплошной. При местной коррозии поражения локальны и оставляют практически незатронутой значительную (иногда подавляющую) часть поверхности. В зависимости от степени локализации различают коррозионные пятна, язвы и точки (питтинг). Точечные поражения могут дать начало подповерхностной коррозии, распространяющейся в стороны под очень тонким (например, наклёпанным) слоем металла, который затем вздувается пузырями или шелушится. Коррозия является химической, если после разрыва металлической связи атомы металла непосредственно соединяются химической связью с теми атомами или группами атомов, которые входят в состав окислителей, отнимающих валентные электроны металла. Химическая коррозия возможна в любой коррозионной среде, однако чаще всего она наблюдается в тех случаях, когда коррозионная среда не является электролитом (газовая коррозия, коррозия в неэлектропроводных органических жидкостях). Коррозия является электрохимической, если при выходе из металлической решётки образующийся катион вступает в связь не с окислителем, а с другими компонентами коррозионной среды; окислителю же передаются электроны, освобождающиеся при образовании катиона. Такой процесс возможен в тех случаях, когда в окружающей среде существуют два типа реагентов, из которых одни (сольватирующие или комплексообразующие) способны соединяться устойчивыми связями с катионом металла без участия его валентных электронов, а другие (окислители) могут присоединять валентные электроны металла, не удерживая около себя катионы. Подобными свойствами обладают растворы или расплавы электролитов, где сольватированные катионы сохраняют значительную подвижность.

Некоторые коррозионные среды и вызываемые ими разрушения столь характерны, что по названию этих сред классифицируются и протекающие в них коррозионные процессы. Так, выделяют газовую коррозию, т. е, химическую коррозию под действием горячих газов (при температуре много выше точки росы). Характерны некоторые случаи электрохимической коррозии (преимущественно с катодным восстановлением кислорода) в природных средах: атмосферная — в чистом или загрязнённом воздухе при влажности, достаточной для образования на поверхности металла плёнки электролита (особенно в присутствии агрессивных газов, например SO₂, Cl₂, или аэрозолей кислот, солей и т.п.); морская — под действием морской воды; подземная — в грунтах и почвах.

Коррозия под напряжением развивается в зоне действия растягивающих или изгибающих механических нагрузок, а также остаточных деформаций или термических напряжений и, как правило, ведёт к транскристаллитному коррозионному растрескиванию, которому подвержены, например, стальные тросы и пружины в атмосферных условиях, углеродистые и нержавеющие стали в паросиловых установках, высокопрочные титановые сплавы в морской воде и т.д. При знакопеременных нагрузках может проявляться коррозионная усталость, выражающаяся в более или менее резком понижении предела усталости металла в присутствии коррозионной среды. Коррозионная эрозия (или коррозия при трении) представляет собой ускоренный износ металла при одновременном воздействии взаимно усиливающих друг друга коррозионных и абразивных факторов (трение скольжения, поток абразивных частиц и т.п.). Родственная ей кавитационная коррозия возникает при кавитационных режимах обтекания металла агрессивной средой, когда непрерывное возникновение и "захлопывание" мелких вакуумных пузырьков создаёт поток разрушающих микрогидравлических ударов, воздействующих на поверхность металла. Утечка электрического тока через границу металла с агрессивной средой вызывает в зависимости от характера и направления утечки дополнительные анодные и катодные реакции, могущие прямо или косвенно вести к ускоренному местному или общему разрушению металла (коррозия блуждающим током). Сходные разрушения, локализуемые вблизи контакта, могут вызвать соприкосновение в электролите двух разнообразных металлов, образующих замкнутый гальванический элемент, — контактная коррозия. В узких зазорах между деталями, а также под отставшим покрытием или наростом, куда проникает электролит, но затруднён доступ кислорода, необходимый для пассивации металла, может развиваться щелевая коррозия, при которой растворение металла в основном происходит в щели, а катодные реакции частично или полностью протекают рядом с ней на открытой поверхности.

Скорость общей коррозии оценивают по убыли металла с единицы площади, например в г/м2•ч, или по скорости проникновения коррозии, т.е. по одностороннему уменьшению толщины нетронутого металла, например в мм/год.

Среди горного оборудования коррозии в наибольшей степени подвержены трубопроводы, буровые платформы, промысловое оборудование, шахтные и карьерные машины и др. Наивысшая скорость коррозии трубопроводов и буровых платформ наблюдается на морских объектах в зоне т.н. переменного смачивания (на уровне около 0,85 м выше уровня моря). Кроме того, электрохимическая коррозия наблюдается у элементов этих конструкций, заглублённых в грунт. Коррозия, вызываемая блуждающими токами, характеризуется скоростью до 10 мм/год. Разрушение металлического оборудования нефтяных и газовых промыслов происходит под комплексным воздействием содержащихся в сырой нефти и неочищенном природном газе агрессивных компонентов, почвогрунта, внешних электрических полей и атмосферы. При коррозии корродируют обсадные и насосно-компрессорные трубы, фонтанная и запорная арматура, промысловые трубопроводы и сепараторы, теплообменники, резервуарные парки и др. Антикоррозионная защита горного оборудования осуществляется с помощью изоляционных покрытий, ингибиторов коррозии, электрохимической поляризации и др.

2) Разрушение (растворение) горных пород под влиянием химического воздействия воды с образованием трещин, каналов, воронок, котловин, каверн, пещер и других пустот и углублений; особенно наглядно проявляется в местах развития легкорастворимых пород (каменной соли, гипса, известняков и др.).

3) Разъедание и частичное растворение магматическим расплавом или лавой кристаллов-вкрапленников, выделившихся на первом этапе их кристаллизации, или обломков пород (ксенолитов), захваченных магмой при её внедрении.